摘要: 随着我国经济发展，能源需求量的增加，油气长输管道的建设在稳步发展，长输管道各种统计数据、生产运行中的各种参数逐渐增多，企业利用多系统数据、多角度、可以全方位分析和处理日常生产运行中的各种问题。本文探讨的是在输油生产中的各种异常压力下降波动原因和特点，结合管道泄漏检测系统，多角度结合来实现对输油管道压力异常下降的判断，以提高对管道压力异常变化的分析能力，提高管道打孔盗油泄漏判断的准确性，以便采取有效措施进行防范，确保输油生产安全平稳的运行。
关键词：输油管道；压力异常判断；大数据；完整性管理；泄漏检测；打孔盗油；
1.压力异常
输油生产运行中根据生产需要改变工艺流程、提降排量、倒罐、切换输油设备、污油泄放、调整配比、仪表校验、加热炉启停、添加降凝剂等进行的人为操作产生的压力变化是正常压力变化。
压力异常变化是指按照调度指令进行操作而引起的压力变化之外，需要分析判断查找原因的压力变化。
在输油生产中压力异常变化是影响管道安全生产的重大隐患，对于压力异常原因的正确分析判断是保障输油生产安全平稳的重要工作。对于打孔盗油频繁地区来说正确判断压力异常下降的原因对于反打孔盗油工作具有重要的意义。
2.分析压力异常出现的原因和特点
2.1油品变化对压力产生的影响
在流量不变的情况下，油品不变输油泵输出功率不变、管道内压力相对稳定，随着不同油品的变化输油泵的输出功率和出口压力随之变化。不同的油品其密度、粘度、凝点存在很大差异，其中油品的粘度对输油泵机组影响较大。当粘度增大时泵的扬程特性曲线下降，最佳工况的扬程和流量均随粘度的增加而下降，而功率则随粘度的增加而上升，因而效率将降低。
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图2.1油品变化造成的压力波动的趋势
图2.1为首站来油进口油配比改变后，混油头到达中间站时压力波动的波动状况。通过图中的压力变化可以看出油品变化对压力的影响。
低粘度油品到末站进罐或者中间站旁接油罐流程的缓冲罐后引起下段体积流量增大，管道流量增加引起进站压力下降，上游站场外输流量增加，出站压力降低。
油品变化形成的压力变化特点是：通常情况下有一定的时间段，过程不是瞬间产生。
2.2油品温度变化对压力的影响
粘度的大小取决于油品的性质与温度，温度升高，粘度将降低。因此，不同温度的油品其粘度不同，温度升高后泵出口的体积流量会增加，同时泵的功率随之增加，此时流量的变化也会影响压力变化。
管道管径不变时，流量变化引起流速变化，温度变化引起密度变化，密度变化也会引起流速变化，而流速的平方和压降成正比，密度和压降成反比。
图2.2.2
图2.2.2为某站加热炉停炉燃气中断，停炉、点炉引起的压力变化波动。
从图2.2.1和图2.2.2由于加热炉启停输油温度的变化说明了输油生产中流量不变的情况下油温的变化直接影响到压力的变化。
输油温度变化对压力的影响性质和油品变化对压力的影响是相同的，油品的温度、粘度、密度是相关的。
在输油生产中发现压力波动，可以通过观察进出站温度、泵机组的电流功率来判断是否是由于温度变化造成的压力波动。
另外，管道内部不同管段原油温差较小也会引起压力的变化，只是幅度较小。
2.3管道高程变化对压力的影响
由于油品的压缩性不同，输油生产中首站改变配比，混油头到达高程变化较大的管段时，当管道高程升高时，受重力影响，上游站场压力会上升，下游站场压力会下降，高程下降时压力变化则相反。而油头到达末站或者中间站进缓冲罐时压力也会随之变化。
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图2.3.1高程引起的压力变化
图2.3.1为混油头到达山区压力变化，上站高程为22.74米，下站高程86.8米，高程差达到64.06米。图中的压力变化可以看出压强差不同的油品在通过管道高程变化较大的管段时对压力的影响。
另外，输油管段在停输后管道内部由于重力影响，不同高程的管段压力会有所不同，在启输之后的一段时间后，压力才会平衡。
管道高程变化对压力的影响的特点是，沿程摩阻的影响是缓慢的，管道高程的变化造成压力的变化也是缓慢的，压力变化的大小主要由不同油品的的压强差决定。
2.4清管作业、检测器作业对压力的影响
管道清管器的收发、管道内检测作业时：当清管器在管道中推移，途径截断阀室、管道高程的变化、弯头、管道变形造成清管器检测器卡顿都会引起压力的变化。清管器带动管路中蜡质杂物通过过滤器时，也会引起压力的变化。
清管器作业结束后被清管器带动的蜡和其他杂质在一定时间内也会对压力产生影响，特别是长期未通球清蜡的管道，积蜡较多的情况下，产生的压力波动更明显。
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图2.4.1清管器到达收球桶的压力变化
图2.4.1为某站清管器到站后上游出压、本站进压、出压的压力变化趋势。造成这种压力变化的原因是清管器到达下游站收球桶时受到阻力形成的压力变化，下站进站压力传递到上站，上站出压上升。
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图2.4.2通球期间清管器卡顿的压力变化
图2.4.2这是某站通球期间上下游压力的变化，通过对清管器跟踪、现场与管线改造施工资料核对、以及历次清管器作业压力变化的时间对比，可以判断图中这种上游出站压力上升、下游进站压力下降的压力波动是为清管器途径管线改造连头段时造成的压力波动。
图2.4.1、图2.4.2可以看出清管作业、检测器作业对压力的影响。
2.5系统供电对压力的影响
可靠的供电系统是确保管道平稳运行的前提条件。供电部门的供电电压是否平稳，也直接影响运行输油泵机组的稳定运行，进出站压力也会受到影响。供电系统小幅度的电压波动，会造成运行输油泵压力的波动，如果电压波动幅度较大，会造成甩泵的情况发生。
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图2.5.1供电系统变化造成的压力波动
离心泵的特性曲线说明，离心泵的扬程流量的增大而减小，输出功率随流量的增大而增大，扬程体现在出口压力上，功率体现在电流上，电流与电压有关。图2.5.1为某站因雷电天气造成电压剧烈波动甩泵后的压力变化情况，可以看出系统供电对压力波动的影响。
2.6其他可能造成压力异常波动的情况
阀门泄漏、管道腐蚀穿孔、储罐抽空、泄压阀动作、流量计卡阻、污油的泄放、活动死油段、过滤器堵塞、压力变送器故障或受到外部电流磁场干扰、包括地质灾害地震等。
3.打孔盗油引起的压力变化特点
3.1一般情况下打孔盗油压力变化是突变，当盗油分子打开盗油阀时，管道内部压力系统平衡被打破，压力变化是短时间的。
3.2由于盗油阀大小不同、盗油引管长度不同，压降幅度也不相同。盗油阀离高压端越近，压降越大，距离高压端远相对压降就小。如果下站是旁接油罐流程，那么压降则更小，如果盗油阀开始开度较小，那么产生的压力变化波动也较小，会被正常的曲线掩盖。
3.3盗油压降基本上有一个从下降—平稳—上升的过程。这个过程是由泄放时间决定的。
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图3.3.1、图3.3.2为某站在管道泄漏检测系统监测到的压力变化，这是典型的打孔盗油压力趋势图，压力变化较明显定位准确，根据定位在外管道准确找到盗油点位置。
综上所述，压力异常的变化与打孔盗油造成的压力变化有较明显的区别。油品变化、温度变化、高程变化所产生的压力变化都是比较缓慢的，不会出现突降、突升的情况。截止到目前发现的盗油阀都为球阀，开孔装阀造成的压力下降是短时间的。盗油时开关球阀也是相对短时间内完成的，所造成的压力下降和回升也是相对短时间的。从下降到回升有一个时间过程，这个时间过程的长短是由放油时间和盗油的油量决定的。
4.目前使用的泄漏检测手段
4.1 输油管道泄漏检测及定位方法
输油管道检测及定位的方法有以下几种：声波检测法、压力梯度检测法、动态模型分析法、流量平衡检测法、压力点分析法、负压波检测法等等。另外还有放射性检测法、互相关联分析法、GPS时间标签法等方法。
目前使用较多的是负压波法检测。
负压波检测法[1]。当原油长输管道出现泄漏时，泄漏位置将会产生一定的质量损失，从而使泄漏点原油密度的减小，此处管道的压力也将下降。由于压差的存在，使得原油从高压位置流向低压位置，使得泄漏位置两侧的原油密度和压力也随之降低，这种从泄漏点开始向前后两端传播压力的现象称之为负压波。
负压波在原油管道内的传播和声波在介质中的传播机理相同，其传播速度可以达到1000~1200m/s，由于传播速度较快，所以进行泄漏检测的过程中，检测速度也相对较快，这正是负压波泄漏检测技术的优点所在。负压波泄漏检测技术原理如下图4.1所示。
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图4.1负压波泄漏检测技术原理
4.2负压波检测法的缺陷[2]
上述各种检测手段包括负压波检测法各有其特点和优势，但目前为止还没有一种手段达到百分百精确判断和定位。
负压波检测法简单的说，通过在管道上下游位置安装负压波检测传感器，并计算负压波到达上下游传感器时间差来计算原油管道的泄漏位置。
其公式为：
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式中Lx为泄漏点距上游压力波测试位置首端距离，m；
L为管线全长，m；
a为管输介质中压力波的传播速度，m/s；
△t为上、下游传感器接收到压力波的时间差，s。
这类方法都是基于管输介质中压力波的传播速度为定值这一前提而作出的，a决定于管壁的弹性和液体的压缩性。一般情况下，如果输油管道管材相同、输送油品一定、温度一定时，则负压波的速度不变。同时，原油在管道中的输送速度对负压波速度的影响较小，可以忽略。而邹城输油处鲁宁线输送的油品是变化的，密度和压缩性也是变化的，压力波的传播速度并不是一个定值，运用上面公式进行定位，会产生一定的定位误差 。
在公式中另一个可变因素是，上、下游接收到压力变化的时间差。管道测量长度录入到负压波检测系统中与管线实际长度有误差，造成了压力变化的时间差的不精确，从而造成定位的误差。
压力波的采集不可避免的受到各种因素的影响，压力曲线掺杂大量的杂波，前文所述其他原因不明的压力波动因素也影响压力波信号的准确捕捉，从而影响到泄漏检测的准确性。
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图4.2.1是打孔盗油时压力变化的情况，图4.2.2以压力下降点定位是出站8.34公里。图4.2.3压力回升点定位是6.44公里，相差1.9公里，取中间值泄漏发生在出站7.39公里。现场确认的盗油阀实际位置相差2.5公里。此实例可以看出负压波检测法存在的缺陷。
在实际输油生产中盗油造成的压力下降的幅度大小、下降上升坡度的缓急、持续时间长短各有不同，较小的压力波动被压力杂波所掩盖，这也是负压检测法的缺点之一。
5.多角度多系统综合分析提高对压力异常波动的判断
充分利用各种信息数据，进行多角度综合分析，是准确判断输油管道压力异常变化原因的趋势，对提高管道打孔盗油泄漏判断的准确性有实际重要的指导意义。
5.1发挥SCADA系统在压力异常下降和泄漏检测中的作用
SCADA系统在输油生产中占有重要地位，可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。SCADA系统同时具有监测管线运行压力变化的功能，可以通过SCADA系统判断管线有无泄漏并确认其位置，在压力异常下降判断上它应该能发挥更大的作用。但自从普遍使用管道泄漏检测系统后，SCADA系统在泄漏检测中的作用就被忽视了。
5.2管道完整性数据信息在压力异常下降判断中的作用
随着完整性管理的逐步开展，管道的各种基础数据日益完善，可以制定相应的风险控制对策，不断改善识别到的不利影响因素，从而将管道运行的风险水平控制在合理的、可接受的范围内，最终达到持续改进、减少和预防管道事故发生、经济合理地保证管道安全运行的目的。[3]
管道完整性管理还可以提供管道中心线数据、管道沿线地理信息、高程数据、管道设施信息、管道弯头信息、生产维修信息、高后果区信息、第三方施工等等信息，这些信息都能为判断压力异常变化提供有力的数据支持。
5.3多角度大数据综合分析判断
SCADA系统在输油生产中占重要地位，但它的数据应该发挥更大的作用。管道完整性数据在不断完善，在输油生产中具体运用还需要提高。管道泄漏检测系统在泄漏检测起着主要的作用，将各种相关的平台大数据进行优化整合，运用到解决输油生产具体事例中，从而来判断压力异常下降的原因，提高打孔盗油压力泄漏定位的准确性，对于保障输油生产安全平稳有着重要的意义。
结论
前文分析了造成压力异常出现因素和打孔盗油造成压力波动的特点以及泄漏检测的方法和目前使用的负压波检测的缺陷，在目前技术条件下多角度多系统综合分析是提高对异常压力波动的判断，准确判断打孔盗油压力泄漏的手段和方法。
输油生产中管道异常压降有多方面的原因，不能片面的去判断。在打孔盗油的重灾区日常输油生产工作中遇到压力异常下降，首先怀疑是由打孔盗油造成的，由此形成了外管道的排查是查找压力异常下降的主要方法，忽略了其他因素造成压力变化的分析和判断。不重视综合判断，没有综合判断的平台，很难准确的分析判断出压力异常的真正原因，对输油生产安全平稳留下隐患。通过建立一套大数据综合分析的平台，提高对输油管道压力异常下降的判断，以便采取有效措施进行处理，确保管道安全平稳运行。
参考文献：
[1]金梅.基于负压波泄漏检测的系统配置方式研究[J].石油化工自动化,2019,55(03):87-90.
[2]王立宁,李健,靳世久.热输原油管道瞬态压力波法泄漏点定位研究[J].石油学报,2000(04):93-96+124.
[3]管道完整性定义